JP2006049757A - 基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 欠陥が少なく、解像性能の高い露光処理を可能とする基板処理方法を提供する。
【解決手段】 ウエハWの表面にレジスト膜を形成した後、このレジスト膜を露光する光線を照射するためにレジスト膜と対面するように設けられたレンズ43とウエハWの表面との間に光を透過する液層を形成した状態でレジスト膜を露光し、その後に現像を行う。この露光工程において該液層を形成している液体として、ウエハWの表面およびレンズ43の表面を洗浄する機能を有するものを用いる。
【選択図】 図4
【解決手段】 ウエハWの表面にレジスト膜を形成した後、このレジスト膜を露光する光線を照射するためにレジスト膜と対面するように設けられたレンズ43とウエハWの表面との間に光を透過する液層を形成した状態でレジスト膜を露光し、その後に現像を行う。この露光工程において該液層を形成している液体として、ウエハWの表面およびレンズ43の表面を洗浄する機能を有するものを用いる。
【選択図】 図4
Description
本発明は、半導体ウエハ等の基板に設けられたレジスト膜を露光し、また現像する基板処理方法に関する。
従来、半導体デバイスの製造工程の1つであるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハの表面にレジスト液を塗布し、形成されたレジスト膜を所定のパターンで露光し、その後に現像を行うことにより、半導体ウエハ上に回路パターンを形成している。
ここで、近時、半導体デバイスの回路パターンの細線化、微細化、高集積化が急速に進んでおり、これに伴って露光の解像性能を高める必要性が生じている。そこで、極端紫外露光(EUVL;Extrem Ultra Violet Lithography)やフッ素ダイマー(F2)による露光技術の開発を進める一方で、例えばフッ化アルゴン(ArF)やフッ化クリプトン(KrF)による露光技術を改良して解像性能を上げるため、基板の表面に光を透過する液層を形成した状態で露光する手法(以下「液浸露光」という)が検討されている(例えば、特許文献1参照)。この液浸露光は、レンズと半導体ウエハとの間を純水等の液体で満たし、その中を光を透過させる技術で、例えば、193nmというArFの波長は純水中では134nmとなるという特徴を利用している。
このような液浸露光では、液体と接するレジスト膜の表面やレンズの表面にパーティクル等の欠陥があると、解像性能が悪化する問題がある。また、露光処理後にレジスト膜にパーティクルが付着した状態でポストエクスポージャーベークや現像処理を行うと、そのパーティクルが現像欠陥を発生させるおそれがある。
再公表WO99/49504
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、欠陥が少なく、解像性能の高い露光処理を可能とする基板処理方法を提供することを目的とする。
本発明によれば、基板の表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光する光線を照射するために前記レジスト膜と対面する光学部品と前記基板の表面との間に光を透過する液層を形成した状態で、前記レジスト膜を露光する工程と、
前記露光処理が終了した基板を現像する工程と、
を有し、
前記露光工程において、前記液層を形成している液体は、前記基板の表面および前記光学部品の表面を洗浄する機能を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
前記レジスト膜を露光する光線を照射するために前記レジスト膜と対面する光学部品と前記基板の表面との間に光を透過する液層を形成した状態で、前記レジスト膜を露光する工程と、
前記露光処理が終了した基板を現像する工程と、
を有し、
前記露光工程において、前記液層を形成している液体は、前記基板の表面および前記光学部品の表面を洗浄する機能を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
この基板処理方法において、前記液体は純水に界面活性剤を溶解させたものが好適に用いられる。また、レジスト膜を形成する工程の後、露光工程の前に、基板の表面を洗浄液により洗浄する工程をさらに有する処理方法も好ましい。さらに、露光工程の後、現像工程の前において、露光処理が終了した基板を熱処理する工程と、露光工程の後、この熱処理工程の前に、基板の表面を洗浄液により洗浄する工程と、をさらに有する処理方法も好ましい。さらにまた、露光工程の後、現像工程の前において、露光処理が終了した基板を熱処理する工程と、この熱処理工程の後、現像工程の前に、基板の表面を洗浄液により洗浄する工程と、をさらに有する処理方法も好ましい。これにより、さらに欠陥数を低減し、また欠陥の発生を防止することができ、良好な形状の回路パターンを得ることができるようになる。このような処理に用いる洗浄液は、純水に界面活性剤を溶解させたものが好適である。
本発明によれば、液浸露光工程において高い解像性能を得ることができ、しかも欠陥の発生が抑制される。さらに、液浸露光工程の前後において基板の洗浄工程を設けることで、欠陥の少ない、形状の良好な回路パターンを形成することができるようになる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1はレジスト塗布から露光、現像処理を一貫して行う処理システムの概略平面図、図2はその正面図、図3はその背面図である。この処理システムは、レジスト塗布および現像処理を行うレジスト塗布・現像処理システム1と、液浸露光装置13と、を備えている。
レジスト塗布・現像処理システム1は、搬送ステーションであるカセットステーション10と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション11と、処理ステーション11に隣接して設けられる液浸露光装置13との間でウエハWを受け渡すためのインターフェイス部12と、を具備している。
カセットステーション10は、被処理体としてのウエハWを複数枚、例えば25枚単位でウエハカセットCRに搭載された状態で、他のシステムからレジスト塗布・現像処理システム1へ搬入し、またはレジスト塗布・現像処理システム1から他のシステムへ搬出する等、ウエハカセットCRと処理ステーション11との間でウエハWの搬送を行うためのものである。
カセットステーション10においては、図1に示すように、カセット載置台20上に図中X方向に沿って複数(図では4個)の位置決め突起20aが形成されており、この突起20aの位置にウエハカセットCRがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション11側に向けて1列に載置可能となっている。ウエハカセットCRにおいてはウエハWが垂直方向(Z方向)に配列されている。また、カセットステーション10は、カセット載置台20と処理ステーション11との間に位置するウエハ搬送機構21を有している。
ウエハ搬送機構21は、カセット配列方向(X方向)およびその中のウエハWの配列方向(Z方向)に移動可能なウエハ搬送用アーム21aを有しており、このウエハ搬送用アーム21aにより、いずれかのウエハカセットCRに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム21aは、図1中に示されるθ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション11側の第3の処理部G3に属するアライメントユニット(ALIM)およびエクステンションユニット(EXT)にもアクセスできるようになっている。
一方、処理ステーション11は、ウエハWへ対して塗布・現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらによりウエハWが1枚ずつ処理される。この処理ステーション11は、図1に示すように、中心部にウエハ搬送路22aを有しており、この中に主ウエハ搬送機構22が設けられ、ウエハ搬送路22aの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが垂直方向(Z方向)に沿って多段に配置されている。
主ウエハ搬送機構22は、図3に示すように、筒状支持体49の内側に、ウエハ搬送装置46を上下方向(Z方向)に昇降自在に装備している。筒状支持体49は図示しないモータの回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置46も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置46は搬送基台47の前後方向に移動自在な複数本の保持部材48を備え、これらの保持部材48によって各処理ユニット間でのウエハWの受け渡しを実現している。
また図1に示すように、処理ステーション11のウエハ搬送路22aの周囲には、5個の処理部G1・G2・G3・G4・G5が配置されている。これらのうち、第1および第2の処理部G1・G2はレジスト塗布・現像処理システム1の正面側(図1における手前側)に並列に配置され、第3の処理部G3はカセットステーション10に隣接して配置され、第4の処理部G4はインターフェイス部12に隣接して配置されている。また、第5の処理部G5は背面部に配置されている。
第1の処理部G1では、コータカップ(CP)内でウエハWを図示しないスピンチャックに乗せて所定の処理を行う2台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布ユニット(COT)およびレジストのパターンを現像する現像ユニット(DEV)が下から順に2段に重ねられている。第2の処理部G2も同様に、2台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット(COT)および現像ユニット(DEV)が下から順に2段に重ねられている。
第3の処理部G3においては、図3に示すように、ウエハWを載置台SPに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット(AD)、位置合わせを行うアライメントユニット(ALIM)、ウエハWの搬入出を行うエクステンションユニット(EXT)、冷却処理を行うクーリングユニット(COL)、露光処理前や露光処理後さらには現像処理後にウエハWに対して加熱処理を行う4つのホットプレートユニット(HP)が下から順に8段に重ねられている。なお、アライメントユニット(ALIM)の代わりにクーリングユニット(COL)を設け、クーリングユニット(COL)にアライメント機能を持たせてもよい。
第4の処理部G4においても、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット(COL)、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット(EXTCOL)、エクステンションユニット(EXT)、クーリングユニット(COL)、および4つのホットプレートユニット(HP)が下から順に8段に重ねられている。
第5の処理部G5は、案内レール25に沿って主ウエハ搬送機構22から見て側方へ移動できるようになっている。これにより、第5の処理部G5を案内レール25に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構22に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
第5の処理部G5には、ウエハWを回転させながらウエハWの表面に洗浄液を供給してウエハWの表面を洗浄する、洗浄処理ユニット(CLE)が設けられている。洗浄処理ユニット(CLE)は、その構造は図示しないが、ウエハWを保持して回転させるスピンチャックと、このスピンチャックに保持されたウエハWを囲むカップと、ウエハWの表面に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、を備えている。洗浄液としては、例えば、ウエハWの表面に付着したパーティクル等の異物を除去することができる等の洗浄機能を有し、レジスト膜を溶解しない液体、例えば、純水に界面活性剤を溶解させたものが好適に用いられる。
インターフェイス部12は、奥行方向(X方向)については、処理ステーション11と同じ長さを有している。図1、図2に示すように、このインターフェイス部12の正面部には、可搬性のピックアップカセットCRと定置型のバッファカセットBRが2段に配置され、背面部には周辺露光装置23が配設され、中央部にはウエハ搬送機構24が配設されている。このウエハ搬送機構24はウエハ搬送用アーム24aを有しており、このウエハ搬送用アーム24aは、X方向、Z方向に移動して両カセットCR・BRおよび周辺露光装置23にアクセス可能となっている。
なお、ウエハ搬送用アーム24aはθ方向に回転可能であり、処理ステーション11の第4の処理部G4に属するエクステンションユニット(EXT)や、さらには隣接する露光装置側の図示しないウエハ受け渡し台にもアクセス可能となっている。
図4に液浸露光を行うための液浸露光装置13の露光部の概略構成を示す断面図を示す。露光部40では、図示しない保持機構により水平姿勢に保持されたウエハWの表面と一定の隙間をあけて対向するようにレンズ43が配置されている。このレンズ43の外側には、露光のための光を透過する特性を有する液体を吐出する液供給口41と、吐出された液体を吸引回収するための液回収口42と、が設けられている。
ウエハWの表面にはレジスト膜44が形成されており、ウエハWの表面(つまり、レジスト膜44の表面)とレンズ43の下面との間に液層が形成されるように、液供給口41から液体を吐出させながら液回収口42から液体を回収する。このようにウエハWの表面とレンズ43の下面との間に液層が形成された状態で、レンズ43に図示しない光源から所定の光路を経て露光のための光が導かれ、この光がレンズ43で絞られ、液層を透過して、ウエハWの表面に照射される。これにより、回路パターンがウエハWの表面に形成されたレジスト膜44に転写される。所定の転写領域(ショット領域)でのパターン転写が終了したら、ウエハWと露光部40とを相対的に水平移動させて、別の転写領域で同様にパターン転写を行う。
一般的に露光処理時において、レジスト膜44上にパーティクル等の異物が存在すると、その直下の部分が露光されなくなり、現像処理して得られる回路パターンに欠陥が生ずることとなる。また、レンズ43の下面にパーティクル等の異物が付着すると露光のための光に強度むらが生じ、これにより良好な回路パターンを得ることができなくなる。さらにレジスト膜上のパーティクル等がレジスト膜から離れた後にレジスト膜44やレンズ43に再付着すれば、前述の問題を生ずる。
液浸露光では、線幅が細く、集積度が高い回路パターンを形成する技術であるから、このような欠陥の発生を防止するための処理条件の設定が必要不可欠である。
そこで、ウエハWの表面とレンズ43の下面との間に供給される液体として、レジスト膜44の表面およびレンズ43の表面を洗浄する機能を有するもの、例えば、レジスト膜44の表面およびレンズ43の表面に付着しているパーティクル等の異物を除去することができるもの、を用いる。このような洗浄機能を有する液体を用いれば、レジスト膜44等から離れたパーティクル等の異物がレジスト膜等に再付着することも防止することができる。また、ウエハWの表面とレンズ43の下面との間に供給される液体にパーティクル等の異物が混入していても、そのような異物がレジスト膜44等に付着することを防止することができる。これにより、露光の解像性能を高めることができる。
具体的には、液浸露光に用いられる液体としては、純水に界面活性剤を溶解させたものが好適である。界面活性剤としては、発泡性の小さいものを用いることが好ましい。これは、液中に気泡が発生すると、この気泡によって露光のための光が散乱されて解像性能が低下し、また、気泡がウエハWの表面やレンズの下面に付着することによっても、解像性能の低下が引き起こされるためである。また、界面活性剤の濃度は、界面活性剤を純水に溶解することによって屈折率が大きく変化したり、または光の透過性が低下することによって、解像性能を低下を引き起こさない範囲に限られる。
次に、上述した処理システムによるウエハWの処理方法について説明する。図5に第1の処理方法を概略的に示すフローチャートを示す。この第1の処理方法は、以下の通りである。すなわち、先ず、レジスト塗布・現像処理システム1のカセットステーション10において、ウエハ搬送機構21のウエハ搬送用アーム21aがカセット載置台20上の未処理のウエハWを収容しているウエハカセットCRにアクセスして1枚のウエハWを取り出し、第3の処理部G3のエクステンションユニット(EXT)に搬送する。
ウエハWは、エクステンションユニット(EXT)から、主ウエハ搬送機構22のウエハ搬送装置46により、第3の処理部G3のアライメントユニット(ALIM)に搬送されてアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット(AD)に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理(HMDS処理)が施される。この処理は加熱を伴うため、その後ウエハWはウエハ搬送装置46によりクーリングユニット(COL)に搬送されて冷却される。なお、使用されるレジストの種類によっては、このHMDS処理を行わずに、直接にウエハWをレジスト塗布ユニット(COT)に搬送する場合があり、例えば、ポリイミド系レジストを用いる場合を挙げることができる。
アドヒージョン処理ユニット(AD)での処理が終了してクーリングユニット(COL)で冷却されたウエハW、またはアドヒージョン処理ユニット(AD)での処理を行わないウエハWは、引き続き、ウエハ搬送装置46によりレジスト塗布ユニット(COT)に搬送され、そこでレジストが塗布され、塗布膜が形成される(STEP1)。塗布処理終了後、ウエハWは、第3または第4の処理部G3・G4のいずれかのホットプレートユニット(HP)内でプリベーク処理され(STEP2)、その後いずれかのクーリングユニット(COL)にて冷却される。
冷却されたウエハWは、第3の処理部G3のアライメントユニット(ALIM)に搬送され、そこでアライメントされた後、第4の処理部G4のエクステンションユニット(EXT)を介してインターフェイス部12に搬送される。
ウエハWは、インターフェイス部12において周辺露光装置23により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイス部12に隣接して設けられた液浸露光装置13に搬送される。液浸露光装置13においては、上述したように、レンズ43とウエハWの表面との間に洗浄機能を有する液体の層を形成した状態で、レジスト膜に露光処理が施される(STEP3)。
露光処理が終了したウエハWは、再びレジスト塗布・現像処理システム1のインターフェイス部12に戻され、ウエハ搬送機構24により、第4の処理部G4に属するエクステンションユニット(EXT)に搬送される。そして、ウエハWは、ウエハ搬送装置46により、いずれかのホットプレートユニット(HP)に搬送されて、ポストエクスポージャーベーク処理が施され(STEP4)、次いで、クーリングユニット(COL)により冷却される。
その後、ウエハWは現像ユニット(DEV)に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる(STEP5)。現像終了後、ウエハWはいずれかのホットプレートユニット(HP)に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット(COL)により冷却される。このような一連の処理が終了した後、第3の処理部G3のエクステンションユニット(EXT)を介してカセットステーション10に戻され、いずれかのウエハカセットCRに収容される。
この第1の処理方法では、第5の処理部G5に設けられた洗浄処理ユニット(CLE)を用いないものであるが、次に洗浄処理ユニット(CLE)による洗浄処理を組み込んだ第2〜第4の処理方法について説明する。
図6は第2の処理方法を簡略的に示すフローチャートである。第2の処理方法は、前記第1の処理方法におけるレジスト膜の形成工程後、液浸露光工程前に、ウエハWの表面の洗浄処理工程を組み込んだものである。すなわち、ウエハWの表面にレジスト液を塗布して塗布膜を形成し(STEP1)、この塗布膜が形成されたウエハWをプリベーク処理する(STEP2)ことによりレジスト膜を形成した後、ウエハWを洗浄処理ユニット(CLE)に搬送して、そこでレジスト膜上のパーティクル等の除去処理を行い(STEP2′)、その後に液浸露光を行う(STEP3)という処理方法である。液浸露光処理に先立ってレジスト膜上のパーティクル等を除去しておくことにより、液浸露光における解像性能をさらに高めることができる。
図7は第3の処理方法を簡略的に示すフローチャートである。第3の処理方法は、前記第1の処理方法における液浸露光工程(STEP3)後、ポストエクスポージャーベーク工程(STEP4)前に、ウエハWの洗浄処理工程(STEP3′)を組み込んだものである。レジスト膜上にパーティクル等の異物が存在する状態で熱処理を行うと、この異物をレジスト膜から除去することが困難となる場合がある。そこで、ポストエクスポージャーベーク処理のような熱処理前に洗浄処理を施すことにより、欠陥の発生を抑制した回路パターンを得ることができるようになる。
図8は第4の処理方法を簡略的に示すフローチャートである。第4の処理方法は、前記第1の処理方法におけるポストエクスポージャーベーク工程(STEP4)後、現像工程(STEP5)前に、ウエハWの洗浄処理工程(STEP4′)を組み込んだものである。現像処理に先立ってウエハWを洗浄処理することによって、現像処理時のレジストパターンへのパーティクル付着等の欠陥の発生を抑制することができる。
第2〜第4の処理方法を組み合わせることは、さらに好ましい。すなわち、レジスト膜の形成後、現像処理前に、STEP2′〜4′から選ばれた2回または3回の洗浄処理工程を設けることにより、さらに欠陥の発生を抑制することができ、高精度な回路パターンを得ることができるようになる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、ウエハWの洗浄処理工程を、ポストエクスポージャーベーク処理工程後、現像処理工程前に組み込む場合には、第5の処理部G5に洗浄処理ユニット(CLE)を設けることなく、現像ユニット(DEV)に、ウエハWに洗浄液を供給する機能を付加し、洗浄処理と現像処理を連続して行う構成とすることができる。これによりウエハWの搬送時間が短縮される。
また、レジスト塗布ユニット(COT)にウエハWに洗浄液を供給する機能を付加してもよいし、また第3の処理部G3や第4の処理部G4にウエハWの洗浄処理ユニットを配置することもできる。
洗浄処理ユニットは、上述したような、ウエハWを回転させながら洗浄液を供給する形態のものに限定されるものではなく、例えば、界面活性剤を溶解させた純水を貯留したタンクにウエハWを浸漬させて超音波洗浄する構造のものや、ウエハWの表面と一定の隙間をあけて対面するプレート部材を配置し、その隙間が洗浄液で満たされる状態に維持しながら、その隙間に洗浄液を供給し、これと同時に吸引する構造のもの等を用いることができる。
本発明は、半導体デバイスの製造工程の1つである、液浸露光によるフォトリソグラフィー工程に好適である。
1;レジスト塗布・現像処理システム
13;液浸露光装置
40;露光部
41;液供給口
42;液回収口
43;レンズ
44;レジスト膜
CLE;洗浄処理ユニット
COT;レジスト塗布ユニット
DEV;現像ユニット
13;液浸露光装置
40;露光部
41;液供給口
42;液回収口
43;レンズ
44;レジスト膜
CLE;洗浄処理ユニット
COT;レジスト塗布ユニット
DEV;現像ユニット
Claims (6)
- 基板の表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光する光線を照射するために前記レジスト膜と対面する光学部品と前記基板の表面との間に光を透過する液層を形成した状態で、前記レジスト膜を露光する工程と、
前記露光処理が終了した基板を現像する工程と、
を有し、
前記露光工程において、前記液層を形成している液体は前記基板の表面および前記光学部品の表面を洗浄する機能を有することを特徴とする基板処理方法。 - 前記液体は純水に界面活性剤を溶解させたものであることを特徴とする請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記レジスト膜を形成する工程の後、前記露光工程の前に、前記基板の表面を洗浄液により洗浄する工程をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の基板処理方法。
- 前記露光工程の後、前記現像工程の前において、前記露光処理が終了した基板を熱処理する工程と、
前記露光工程の後、前記熱処理工程の前に、前記基板の表面を洗浄液により洗浄する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の基板処理方法。 - 前記露光工程の後、前記現像工程の前において、前記露光処理が終了した基板を熱処理する工程と、
前記熱処理工程の後、前記現像工程の前に、前記基板の表面を洗浄液により洗浄する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の基板処理方法。 - 前記洗浄液は純水に界面活性剤を溶解させたものであることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の基板処理方法。
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